diff --git a/docs/book/19-Type-Information.md b/docs/book/19-Type-Information.md index b38792a..2c48d64 100644 --- a/docs/book/19-Type-Information.md +++ b/docs/book/19-Type-Information.md @@ -551,7 +551,329 @@ public class ClassCasts { Java类库中另一个没有任何用处的特性就是 `Class.asSubclass()`,该方法允许你将一个 `Class` 对象转型为更加具体的类型。 - +## 类型转换前先做检查 + +直到现在,我们已知的RTTI类型包括: + +1. 传统的类型转换,如 “`(Shape)`”,由RTTI确保转换的正确性,如果执行了一个错误的类型转换,就会抛出一个 `ClassCastException` 异常。 + +2. 代表对象类型的 `Class` 对象. 通过查询 `Class` 对象可以获取运行时所需的信息. + +在C++中,经典的类型转换 “`(Shape)`” 并不使用 RTTI. 它只是简单地告诉编译器将这个对象作为新的类型对待. 而 Java 会进行类型检查,这种类型转换一般被称作“类型安全的向下转型”。之所以称作“向下转型”,是因为传统上类继承图是这么画的。将 `Circle` 转换为 `Shape` 是一次向上转型, 将 `Shape` 转换为 `Circle` 是一次向下转型。但是, 因为我们知道 `Circle` 肯定是一个 `Shape`,所以编译器允许我们自由地做向上转型的赋值操作,且不需要任何显示的转型操作。当你给编译器一个 `Shape` 的时候,编译器并不知道它到底是什么类型的 `Shape`——它可能是 `Shape`,也可能是 `Shape` 的子类型,例如 `Circle`、`Square`、`Triangle` 或某种其他的类型。在编译期,编译器只能知道它是 `Shape`。因此,你需要使用显式的类型转换,以告知编译器你想转换的特定类型,否则编译器就不允许你执行向下转型赋值。 (编译器将会检查向下转型是否合理,因此它不允许向下转型到实际上不是待转型类型的子类的类型上)。 + +RTTI 在 Java 中还有第三种形式,那就是关键字 `instanceof`。它返回一个布尔值,告诉我们对象是不是某个特定类型的实例,可以用提问的方式使用它,就像这个样子: + +```java +if(x instanceof Dog) + ((Dog)x).bark(); +``` + +在将 `x` 转型为 `Dog` 之前,`if` 语句会先检查 `x` 是否是 `Dog` 类型的对象。进行向下转型前,如果没有其他信息可以告诉你这个对象是什么类型,那么使用 `instanceof` 是非常重要的,否则会得到一个 `ClassCastException` 异常。 + +一般,可能想要查找某种类型(比如要找三角形,并填充为紫色),这时可以轻松地使用 `instanceof` 来计数所有对象。举个例子,假如你有一个类的继承体系,描述了 `Pet`(以及它们的主人,在后面一个例子中会用到这个特性)。在这个继承体系中的每个 `Individual` 都有一个 `id` 和一个可选的名字。尽管下面的类都继承自 `Individual`,但是 `Individual` 类复杂性较高,因此其代码将放在[附录:容器](./Appendix-Collection-Topics)中进行解释说明。正如你所看到的,此处并不需要去了解 `Individual` 的代码——你只需了解你可以创建其具名或不具名的对象,并且每个 `Individual` 都有一个 `id()` 方法,如果你没有为 `Individual` 提供名字,`toString()` 方法只产生类型名。 + +下面是继承自 `Individual` 的类的继承体系: + +```java +// typeinfo/pets/Person.java +package typeinfo.pets; + +public class Person extends Individual { + public Person(String name) { super(name); } +} +``` + +\ + +```java +// typeinfo/pets/Pet.java +package typeinfo.pets; + +public class Pet extends Individual { + public Pet(String name) { super(name); } + public Pet() { super(); } +} +``` + +\ + +```java +// typeinfo/pets/Dog.java +package typeinfo.pets; + +public class Dog extends Pet { + public Dog(String name) { super(name); } + public Dog() { super(); } +} +``` + +\ + +```java +// typeinfo/pets/Mutt.java +package typeinfo.pets; + +public class Mutt extends Dog { + public Mutt(String name) { super(name); } + public Mutt() { super(); } +} +``` + +\ + + +```java +// typeinfo/pets/Pug.java +package typeinfo.pets; + +public class Pug extends Dog { + public Pug(String name) { super(name); } + public Pug() { super(); } +} +``` + +\ + +```java +// typeinfo/pets/Cat.java +package typeinfo.pets; + +public class Cat extends Pet { + public Cat(String name) { super(name); } + public Cat() { super(); } +} +``` + +\ + +```java +// typeinfo/pets/EgyptianMau.java +package typeinfo.pets; + +public class EgyptianMau extends Cat { + public EgyptianMau(String name) { super(name); } + public EgyptianMau() { super(); } +} +``` + +\ + +```java +// typeinfo/pets/Manx.java +package typeinfo.pets; + +public class Manx extends Cat { + public Manx(String name) { super(name); } + public Manx() { super(); } +} +``` + +\ + +```java +// typeinfo/pets/Cymric.java +package typeinfo.pets; + +public class Cymric extends Manx { + public Cymric(String name) { super(name); } + public Cymric() { super(); } +} +``` + +\ + +```java +// typeinfo/pets/Rodent.java +package typeinfo.pets; + +public class Rodent extends Pet { + public Rodent(String name) { super(name); } + public Rodent() { super(); } +} +``` + +\ + +```java +// typeinfo/pets/Rat.java +package typeinfo.pets; + +public class Rat extends Rodent { + public Rat(String name) { super(name); } + public Rat() { super(); } +} +``` + +\ + +```java +// typeinfo/pets/Mouse.java +package typeinfo.pets; + +public class Mouse extends Rodent { + public Mouse(String name) { super(name); } + public Mouse() { super(); } +} +``` + +\ + +```java +// typeinfo/pets/Hamster.java +package typeinfo.pets; + +public class Hamster extends Rodent { + public Hamster(String name) { super(name); } + public Hamster() { super(); } +} +``` + +我们必须显式地为每一个子类编写无参构造器。因为我们有一个带一个参数的构造器,所以编译器不会自动地为我们加上无参构造器。 + +接下来,我们需要一个类,它可以随机地创建不同类型的宠物,同时,它还可以创建宠物数组和持有宠物的 `List`。为了这个类更加普遍适用,我们将其定义为抽象类: + +```java +// typeinfo/pets/PetCreator.java +// Creates random sequences of Pets +package typeinfo.pets; +import java.util.*; +import java.util.function.*; + +public abstract +class PetCreator implements Supplier { + private Random rand = new Random(47); + // The List of the different types of Pet to create: + public abstract List> types(); + public Pet get() { // Create one random Pet + int n = rand.nextInt(types().size()); + try { + return types().get(n).newInstance(); + } catch(InstantiationException | + IllegalAccessException e) { + throw new RuntimeException(e); + } + } +} +``` + +抽象的 `types()` 方法需要子类来实现,以此来获取 `Class` 对象构成的 `List`(这是模板方法设计模式的一种变体)。注意,其中类的类型被定义为“任何从 `Pet` 导出的类型”,因此 `newInstance()` 不需要转型就可以产生 `Pet`。`get()` 随机的选取出一个 `Class` 对象,然后可以通过 `Class.newInstance()` 来生成该类的新实例。 + +在调用 `newInstance()` 时,可能会出现两种异常。在紧跟 `try` 语句块后面的 `catch` 子句中可以看到对它们的处理。异常的名字再次成为了一种对错误类型相对比较有用的解释(`IllegalAccessException` 违反了 Java 安全机制,在本例中,表示默认构造器为 `private` 的情况)。 + +当你导出 `PetCreator` 的子类时,你需要为 `get()` 方法提供 `Pet` 类型的 `List`。`types()` 方法会简单地返回一个静态 `List` 的引用。下面是使用 `forName()` 的一个具体实现: + +```java +// typeinfo/pets/ForNameCreator.java +package typeinfo.pets; +import java.util.*; + +public class ForNameCreator extends PetCreator { + private static List> types = + new ArrayList<>(); + // Types you want randomly created: + private static String[] typeNames = { + "typeinfo.pets.Mutt", + "typeinfo.pets.Pug", + "typeinfo.pets.EgyptianMau", + "typeinfo.pets.Manx", + "typeinfo.pets.Cymric", + "typeinfo.pets.Rat", + "typeinfo.pets.Mouse", + "typeinfo.pets.Hamster" + }; + @SuppressWarnings("unchecked") + private static void loader() { + try { + for(String name : typeNames) + types.add( + (Class)Class.forName(name)); + } catch(ClassNotFoundException e) { + throw new RuntimeException(e); + } + } + static { loader(); } + @Override + public List> types() { + return types; + } +} +``` + +`loader()` 方法使用 `Class.forName()` 创建了 `Class` 对象的 `List`。这可能会导致 `ClassNotFoundException`,因为你传入的是一个 `String`,它不能再编译期间被确认是否合理。由于 `Pet` 相关的文件在 `typeinfo` 包里面,所以使用它们的时候需要填写完整的包名。 + +为了使得 `List` 装入的是具体的 `Class` 对象,转型是必须的,它会产生一个编译时警告。`loader()` 方法是分开编写的,然后它被放入到一个静态代码块里,因为 `@SuppressWarning` 注解不能够直接放置在静态代码块之上。 + +为了对 `Pet` 进行计数,我们需要一个能跟踪不同类型的 `Pet` 的工具。`Map` 的是这个需求的首选,我们将 `Pet` 类型名作为键,将保存 `Pet` 数量的 `Integer` 作为值。通过这种方式,你就看可以询问:“有多少个 `Hamster` 对象?”我们可以使用 `instanceof` 来对 `Pet` 进行计数: + +```java +// typeinfo/PetCount.java +// Using instanceof +import typeinfo.pets.*; +import java.util.*; + +public class PetCount { + static class Counter extends HashMap { + public void count(String type) { + Integer quantity = get(type); + if(quantity == null) + put(type, 1); + else + put(type, quantity + 1); + } + } + public static void + countPets(PetCreator creator) { + Counter counter = new Counter(); + for(Pet pet : Pets.array(20)) { + // List each individual pet: + System.out.print( + pet.getClass().getSimpleName() + " "); + if(pet instanceof Pet) + counter.count("Pet"); + if(pet instanceof Dog) + counter.count("Dog"); + if(pet instanceof Mutt) + counter.count("Mutt"); + if(pet instanceof Pug) + counter.count("Pug"); + if(pet instanceof Cat) + counter.count("Cat"); + if(pet instanceof EgyptianMau) + counter.count("EgyptianMau"); + if(pet instanceof Manx) + counter.count("Manx"); + if(pet instanceof Cymric) + counter.count("Cymric"); + if(pet instanceof Rodent) + counter.count("Rodent"); + if(pet instanceof Rat) + counter.count("Rat"); + if(pet instanceof Mouse) + counter.count("Mouse"); + if(pet instanceof Hamster) + counter.count("Hamster"); + } + // Show the counts: + System.out.println(); + System.out.println(counter); + } + public static void main(String[] args) { + countPets(new ForNameCreator()); + } +} +/* Output: +Rat Manx Cymric Mutt Pug Cymric Pug Manx Cymric Rat +EgyptianMau Hamster EgyptianMau Mutt Mutt Cymric Mouse +Pug Mouse Cymric +{EgyptianMau=2, Pug=3, Rat=2, Cymric=5, Mouse=2, Cat=9, +Manx=7, Rodent=5, Mutt=3, Dog=6, Pet=20, Hamster=1} +*/ +``` + +在 `countPets()` 中,一个简短的静态方法 `Pets.array()` 生产出了一个随机动物的集合。每个 `Pet` 都被 `instanceof` 检测到并数了一遍。 + +`instanceof` 有一个严格的限制:只可以将它与命名类型进行比较,而不能与 `Class` 对象作比较。在前面的例子中,你可能会觉得写出一大堆 `instanceof` 表达式很乏味,事实也是如此。但是,也没有办法让 `instanceof` 聪明起来,让它能够自动地创建一个 `Class` 对象的数组,然后将目标与这个数组中的对象逐一进行比较(稍后会看到一种替代方案)。其实这并不是那么大的限制,如果你在程序中写了大量的 `instanceof`,那就说明你的设计可能存在瑕疵。 + ## 类型转换检测